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CUANTIFICACIÓN DEL PODER CALORÍFICO DE
LOS BOSQUES DE CUNDINAMARCA PARA EL USO
DE ENERGÍAS ALTERNATIVAS
CARLOS JAVIER QUINTERO QUIROGA
JEFFERSON CAMILO ARIZA COCUNUBO
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE INGENIERÍA
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CUANTIFICACIÓN DEL PODER CALORÍFICO DE
LOS BOSQUES DE CUNDINAMARCA PARA EL USO
DE ENERGÍAS ALTERNATIVAS
CARLOS JAVIER QUINTERO QUIROGA
JEFFERSON CAMILO ARIZA COCUNUBO
Monografía para optar al título de INGENIEROS ELÉCTRICOS
Director:
Diego Julián Rodríguez Patarroyo, PH. D. Profesor Asociado
Grupo de investigación: LIFAE
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE INGENIERÍA
BOGOTÁ, COLOMBIA 2016
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Aprobada por la Facultad de Ingeniería, en Cumplimiento de los requisitos exigidos Para otorgar el título de:
Ingenieros eléctricos
___________________________________________ Diego Julián Rodríguez Patarroyo, PH. D.
Director de la monografía
___________________________________________ Jurado
Universidad Distrital Francisco José de Caldas Bogotá, Colombia
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RESUMEN
La presente monografía expone la metodología para realizar la cuantificación de poder calorífico forestal aprovechable como fin energético en el departamento de Cundinamarca, para la cual se realiza un análisis detallado del proceso utilizado para conseguir los valores aprovechables de energía. En el desarrollo del mismo se utilizaron herramientas informáticas de sistemas de información geográfica (SIG) para identificar por medio de imágenes satelitales el área y el tipo de vegetación boscosa existente en el departamento, a partir de esta información se procede a elegir la mejor metodología para calcular la biomasa forestal y el poder calorífico. Con base en esto se obtienen los resultados de la cantidad de energía existente por esta fuente de energía alternativa en el departamento, conociendo que los resultados arrojados son aproximados y variantes a través del tiempo.
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ABSTRACT
This monograph presents the methodology for quantification of forest calorific power harvestable as an energy order in the department of Cundinamarca, for which analysis is made detailed process used to obtain exploitable energy values. In its development tools of geographic information systems (SIG) were used to identify through satellite images the area and type of existing forest vegetation in the department, from this information proceeds to choose the best methodology to estimate forest biomass and calorific power. Based on this the results of the amount of energy obtained by this renewable source in the department, knowing that the results thrown are approximate and variants over time.
vi
1.2. Estructura de la monografía. ... 13
Capítulo 2 ... 15
2. Fundamentación Teórica ... 15
2.1. Energías Renovables ... 15
2.2. Biomasa ... 15
2.3. Análisis del medio utilizable y bases tratadas ... 17
2.4. Especies a evaluar ... 18
2.5. Energía aprovechable de los bosques ... 20
2.6. Marco Legal ... 22
2.7. Herramientas de cálculo ... 22
Capítulo 3 ... 23
3. Recolección e interpretación de la información ... 23
3.1. Identificación de cobertura boscosa en el departamento de Cundinamarca .... 23
3.2. Shapefile ... 24
3.3. Leyes de protección Forestal ... 26
3.4. Biomasa Forestal ... 26
3.5. Poder calorífico ... 30
Capítulo 4 ... 33
4. Casos de estudio ... 33
4.1. Caso de estudio 1: Bosques Plantados ... 33
4.2. Caso de estudio 2: Bosques Naturales Weinmannia Tomentosa... 37
4.3. Caso de estudio 3: Bosques Naturales Total ... 41
Capítulo 5 ... 46
vii
5.1. Caso 1: Bosques Plantados ... 46
5.2. Caso de estudio 2: Bosques Naturales Weinmannia Tomentosa... 47
5.3. Caso de estudio 3: Bosques Naturales Total ... 49
5.4. Poder energético total... 51
5.5. Impacto ambiental ... 53
Capítulo 6 ... 55
6. Conclusiones. ... 55
Bibliografía ... 56
Anexo 1 ...- 60 -
Anexo 2 ...- 61 -
Anexo 3 ...- 62 -
Anexo 4. ...- 63 -
viii
Lista de Tablas
Tabla 1.Capacidad instalada por tecnología
Tabla 2. Características de los bosques representativos en Cundinamarca. Tabla 3. Clases de zonas de vida del sistema de Holdridge.
Tabla 4. Ecuaciones alométricas zona de vida Bosques Húmedos Premontanos. Tabla 5. Ecuaciones alométricas zona de vida Bosques Muy Húmedo Montano Bajo.
Tabla 6. Ecuaciones alométricas zona de vida Bosques Muy Húmedo Premontano.
Tabla 7. Ecuaciones alométricas zona de vida Bosques Seco Montano.
Tabla 8. Ecuaciones alométricas zona de vida Bosques Pluvial Tropical.
Tabla 9. Valores de biomasa (Ton/Ha) de plantaciones por regiones.
Tabla 10. Definición de valores fórmula de cálculo de poder calorífico.
Tabla 11. Poder calorífico superior en función del contenido de humedad.
Tabla 12. Poder energético de vegetación plantada para el departamento de Cundinamarca.
Tabla 13. Información de la provincia de Sumapaz.
Tabla 14. Poder energético de vegetación natural de la especie Weinmannia tomentosa para el departamento de Cundinamarca.
Tabla 15. Información de la provincia de Alto Magdalena.
Tabla 16. Poder energético de vegetación natural total para el departamento de Cundinamarca.
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Lista de Figuras
Figura 1. Diagrama de flujo de la metodología desarrollada. Figura 2. Bosque natural de especie Weinmannia tomentosa. Figura 3. Bosque plantado de especie de pinos.
Figura 4. Mapa de la provincia de Medina de la identificación espectral de la cobertura boscosa en el departamento de Cundinamarca.
Figura 5. Mapa de cobertura boscosa en el departamento de Cundinamarca.
Figura 6. Mapa de diferenciación de cobertura boscosa natural y plantada en el departamento de Cundinamarca.
Figura 7. Mapa de cobertura boscosa plantada con filtración de áreas protegidas.
Figura 8. Vegetación plantada en la provincia de Ubaté.
Figura 9. Poder calorífico inferior (PCI) en función de la humedad (H).
Figura 10. Rango de energía eléctrica para vegetación plantada.
Figura 11. Energía eléctrica por medio de biomasa forestal en la provincia de Ubaté.
Figura 12. Vegetación natural aprovechable de la especie predominante en la provincia de Sumapaz.
Figura 13. Gráfica de cálculo poder calorífico en términos de la humedad de la madera.
Figura 14. Rangos de energía eléctrica.
Figura 15. Mapa de aprovechamiento energético forestal natural para la provincia de Sumapaz de la especie Weinmannia tomentosa
Figura 16. Vegetación natural aprovechable total en la provincia de Alto Magdalena.
Figura 17. Gráfica de cálculo poder calorífico en términos de la humedad de la madera para estudio de bosques naturales total.
Figura 18. Rangos de energía eléctrica de la provincia de Alto Magdalena.
Figura 19. Mapa de aprovechamiento energético forestal natural total para la provincia de Alto Magdalena.
Figura 20. Diagrama de potencial energético forestal plantado para el departamento de Cundinamarca.
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Figura 22. Diagrama de potencial energético forestal natural de la especie Weinmannia Tomentosa para el departamento de Cundinamarca.
Figura 23. Gráfica de barras del potencial energético forestal plantado para el departamento de Cundinamarca.
Figura 24. Diagrama de potencial energético forestal natural Total para el departamento de Cundinamarca.
Figura 25. Gráfica de barras del potencial energético forestal natural Total para el departamento de Cundinamarca.
Figura 26. Diagrama de potencial energético forestal Total para los tres casos de estudio.
Figura 27.Gráfica de barras del potencial energético forestal de los tres casos de estudio para el departamento de Cundinamarca.
Figura 28. Diagrama de potencial energético por tecnologías
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Capítulo 1
1.
Introducción
Actualmente la utilización de recursos renovables como medio de generación de energía eléctrica ha tenido una gran acogida para disminuir la contaminación emitida al medio ambiente. Estos recursos han marcado como prioridad el desarrollo e implementación de nuevas alternativas de generación como fuentes no convencionales, haciendo énfasis en la reducción de CO2 y la prestación del servicio eléctrico de zonas aisladas. Como es conocido, un gran porcentaje de la generación eléctrica mundial se da por combustibles fósiles, por lo cual se ha evidenciado un aumento en la contaminación en las últimas décadas.
Al observar la necesidad de contribuir con el medio ambiente, sin reducir la generación, ni descuidar los aspectos técnicos, se han desarrollado convenios y políticas entre países con la finalidad de que entre ellos mismos se propongan metas y acuerdos para reducir gradualmente el impacto que se le ha dado al medio ambiente por el uso de los recursos fósiles.
Uno de estos convenios es el Protocolo de Kioto (PK), básicamente este protocolo involucra a los 37 países industrializados y a la unión Europea, a reducir los efectos de gases invernaderos, ya que reconocen ser los principales responsables de este efecto que existe actualmente en la atmósfera y que es resultado de quemar combustible fósil durante más de 150 años. [1]
Tabla 1. Capacidad instalada por tecnología. [2]
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La biomasa se conoce como la materia orgánica de origen animal o vegetal, que puede ser aprovechable energéticamente. Es una de las fuentes de energías renovables más destacadas y su aprovechamiento energético se puede gestar debido al uso de diferentes materiales, que pueden darse en áreas agrícolas, forestales, industriales y ganaderas.
La biomasa forestal es uno de los tantos aprovechamientos que se pueden encontrar en esta materia, en este ámbito se puede mencionar que Colombia y específicamente la región andina poseen una gran riqueza boscosa que permite plantear este tipo de fuente como medio de aprovechamiento y explotación para dar solución energética a distintas zonas rurales de la región. Cundinamarca es un departamento de gran importancia a nivel nacional, resaltando que acoge la capital del país y una gran cantidad de provincias y municipios reconocidos, destacando la gran riqueza de fauna y flora que permiten catalogar a este departamento como zona clave para el desarrollo de energías alternativas como solución energética.
El uso de diferentes técnicas y fuentes de desarrollo del modelo planteado expresan que el estudio correspondiente permite conocer el medio aprovechable con el que cuenta la región y mediante datos numéricos expresar las cantidades de materia disponible para uso energético y su ubicación.
En el departamento de Cundinamarca se ha identificado una gran área forestal utilizable, para la cual se comienza estimar valores de aprovechamiento mediante diferentes estudios, con la finalidad de encontrar el mejor proceso para la captación del poder calorífico de los bosques, ante esta información es necesario conocer el potencial de biomasa forestal disponible en el departamento y ubicar la zona en la que se encuentra el mayor poder calorífico.
1.1.
Objetivos
En esta monografía se pretende dar a conocer el estudio de la energía eléctrica renovable por medio de la utilización de la biomasa forestal en las provincias de Cundinamarca.
Objetivo general
● Cuantificar el poder calorífico forestal aprovechable en Cundinamarca como medio energético alternativo en el departamento.
Objetivos específicos
● Determinar la mejor metodología existente para la evaluación y cuantificación del poder calorífico de las especies forestales en el departamento de Cundinamarca.
● Identificar los diferentes tipos de vegetación boscosa que se encuentran en Cundinamarca.
13
1.2.
Estructura de la monografía.
Esta monografía está distribuida en seis capítulos principales que describen la metodología desarrollada. El procedimiento llevado a cabo, cumple la metodología establecida y se adapta a las fechas estipuladas con el proceso de investigación y elaboración del estudio.
El avalúo de las especies forestales con las cuales se disponen a tratar, es el proceso con mayor tiempo de estudio a emplear, y con apoyo de herramientas computacionales se permitirá determinar los resultados óptimos en tiempos acordes a la magnitud de la investigación. Por medio del uso de la leyenda nacional de cobertura de la tierra (Corin Land Cover) [ 46], se establecen procedimientos en coberturas de tierras y las metodologías de estudio a usar, en los aspectos relevantes a la aplicación del manual fundamenta básicamente el uso de coberturas de tipo boscoso o arbustivo, que clasifica los diferentes tipos de suelos presentes en el país y de allí se parte de la base de catalogar la arborización presente en el sitio de estudio y las variables naturales implícitas que se pueden encontrar en las diferentes especies forestales en Cundinamarca.
El modelo matemático para el cálculo del poder calorífico en el departamento de Cundinamarca, se parte del prototipo de regresiones lineales que permita el cálculo de poder calorífico aprovechable por los diferentes tipos de especies y bosques que se encontraron, lo primero que se hizo fue identificar las especies dentro del área de trabajo para lo cual fue necesario hacer un estudio de caracterización en la zona, se clasificaron las especies de árboles nativas y plantas existentes.
14
15
Capítulo 2
2.
Fundamentación Teórica
2.1.
Energías Renovables
Son fuentes de energía más limpias que las convencionales y amigables con el medio ambiente. Estas fuentes se pueden encontrar en la naturaleza en grandes cantidades, algunas de ellas son capaces de aprovechar procesos naturales y no producen gases de efecto invernadero. [4] Existen diferentes tipos de energías renovables, estas aprovechan los diferentes tipos de recursos naturales, como lo son el agua, el aire, el sol, los desperdicios de los seres humanos, entre otros, a continuación se mencionan las fuentes de energía renovable más representativas. ● Energía Hidráulica: Esta energía es generada por el efecto de la caída del agua. A grandes rasgos esta energía se produce a partir de un embalse de agua, que al ser liberada, es pasada por unas turbinas hidráulicas, que transmiten la energía mecánica a un alternador, el cual la convierte en energía eléctrica.[5]
● Energía eólica: Esta energía es producida por el viento. Esto se debe a que se utilizan aerogeneradores que aprovechan las corrientes de aire y es transformada en energía eléctrica.[6]
● Energía solar: Este tipo de energía es suministrada por el sol en forma de radiación, principalmente por rayos ultravioleta. Por lo general esta energía es aprovechada a través de dispositivos que capten la energía proveniente del sol y la transforman en energía eléctrica.[7]
● Energía geotérmica: Esta generación de energía eléctrica es la menos conocida y se encuentra almacenado bajo la superficie terrestre en forma de calor y ligada a volcanes. Ya que se aprovecha el calor que se puede extraer de la corteza terrestre.[8]
2.2.
Biomasa
La biomasa es la materia de origen vegetal o animal en la cual se incluyen desechos orgánicos y residuos, posee como objetivo utilizar la materia orgánica como fuente de energía, considerando que la materia orgánica es originada a partir de un proceso biológico, espontáneo o provocado. Dichos recursos pueden ser clasificados en agrícola, forestales, aguas residuales, residuos sólidos urbanos y residuos derivados de la industria.
16
emisiones de 𝐶𝑂2, que impacten contra el medioambiente como lo hacen los combustibles fósiles. [10]
La biomasa se puede dividir en tres grandes grupos:
2.2.1. Biomasa natural
Este tipo de biomasa se produce sin la necesidad de la intervención humana. Se produce de manera espontánea, en los diferentes ecosistemas de la naturaleza. [11]
2.2.2. Biomasa Residual:
Son residuos que se obtienen por medio de las diversas actividades practicadas por el ser humano, como lo son agricultura, ganadería, forestales, industrias madereras y agroalimentaria. Este grupo se puede dividir en varios ítems y es necesario hacerlo ya que cada residuo tiene una característica diferente, para ser utilizado en el aprovechamiento de energía eléctrica. [11]
● Biomasa Forestal: está constituido por residuos de bosques, de forma natural o en su defecto se hacen plantaciones de bosques con el fin de repoblar zonas ya utilizadas; los residuos naturales son los que se encuentran sobre el terreno y estos pueden ser cortezas, ramas y follajes. [12]
● Biomasa Agrícola: estos son residuos que sobran de cultivos del campo, también se denominan residuos agrícolas a los cultivos que son procesados en grandes cantidades por la industria.[13]
● Biomasa urbana: estos son residuos que sobran en las zonas urbanas y pueden aprovecharse para generar energía, como lo son aguas residuales industriales, residuos pecuarios, basuras orgánicas. [14]
2.2.3. Cultivos Energéticos:
Estos cultivos son plantados con el único fin de producir biomasa transformable en energía eléctrica. [13]
17
2.3.
Análisis del medio utilizable y bases tratadas
Biomasa forestal hace referencia al aprovechamiento de los materiales orgánicos dotados por estos ecosistemas naturales, este aprovechamiento puede darse de dos formas diferentes, el primero consiste en el aprovechamiento de los restos forestales o la segunda forma es aprovechar el árbol completo de masas forestales.
La primera forma hace referencia a los restos que tienen como procedencia de los tratamientos y aprovechamientos de las masas forestales existentes, sin la necesidad de remover los principales objetos del bosque, aunque el problema que conlleva este aprovechamiento es la complejidad en la mecanización de los terrenos forestales. Por otra parte, la segunda forma hace referencia al aprovechamiento del árbol completo de procedencia natural o plantada. [15] Por medio del uso del manual nacional (Corin Land Cover), que establece cómo se debe efectuar los procedimientos en coberturas de tierras y las metodologías de estudio a usar, se aplica el procedimiento que comprende el uso de coberturas de tipo boscoso o arbustivo, que clasifica los diferentes tipos de suelos presentes en el país, y a partir de ellos la arborización existente en las distintas zonas es dependiente de aspectos como el clima, la altitud y el terreno. Apoyado de la clasificación que se efectúa en el manual guía, los bosques son determinados y estimados por las muestras de árboles que cumplan lo establecido en la metodología. [16] El cálculo de la biomasa aprovechable no es un procedimiento sencillo, ya que por cada especie de árbol existen una serie de ecuaciones que varían dependiendo de las características del mismo, pero para efectuar este procedimiento ya se conoce de antemano referencias actualizadas que permiten identificar el modelo matemático para evaluar la biomasa y posteriormente determinar el poder calorífico. El procedimiento a seguir es la identificación de las especies dentro del área de trabajo, lo cual requiere un estudio característico de la zona y la clasificación de las especies de árboles nativas y plantadas existentes, dentro de esto llega también a hacer parte otro tipo de clasificación que se le da a los árboles dependiendo la zona en la que está ubicada y el clima al cual está expuesto, condicionando directamente el terreno de igual manera, esta clasificación se da como se puede observar la tabla 2, los datos que se encuentran en la misma están dados en porcentaje medio anual.
Tipo de bosque Precipitación Temperatura Altitud
Húmedo
pre-montano 1000 a 2000mm 18
𝑜C a 24𝑜C 1000 a 2000msnm
Muy húmedo
montano bajo 2000 a 4000mm 18
𝑜C a 24𝑜C 1000 a 2000msnm
Muy húmedo
pre-montano 1000 a 2000mm 18
𝑜C a 24𝑜C 2000 a 2500msnm
Seco montano 500 a 1000mm superior 22𝑜C 2000 a 2500msnm
Seco montano
bajo 500 a 1000mm superior 22
𝑜C 2000 a 2500msnm
18
densidad de la madera, entre otras. A partir de esto se hace la validación de los modelos propuestos, donde la información proviene de 578 especies de árboles diferentes que se evalúan para la estimación de la biomasa aérea. Este tipo de estudios son de gran importancia, pues estos comienzan a delimitar la información existente y en cuales se trabajaran con base a proporcionar los datos precisos en la región. [16]
2.4.
Especies a evaluar
Para conocer las especies existentes en Cundinamarca es necesario hacer uso de mapas satelitales, para identificarlas y cuantificarlas, pero para esto es necesario hacer uso de un programa de sistema de información geográfica que facilite el manejo de la información. Este tipo de información es escasa y las entidades que las poseen son pocas, pero entre ellas se encuentra la gobernación de Cundinamarca, ya que ellos tienen estudios avanzados en asociación con el Instituto Geográfico Agustín Codazzi sobre las especies de arbóreas en el departamento de estudio, dentro del trabajo de aplicación es necesario clasificar los modelos de especies de la siguiente forma:
2.4.1. Bosques naturales:
Este tipo de bosques, como su nombre lo dice son nativos y en una gran población no han sido intervenidos por el hombre, en un bosque de estas características se pueden encontrar árboles de diferentes edades y una gran variedad de especie, esto hace que al identificar un bosque natural su área sea irregular visto desde imágenes satelitales, como se observa en la figura 2.
Figura 2. Bosque natural de especie Weinmannia tomentosa. [19]
19
Cartografía Departamental en formato SHP, de la Cobertura Vegetal del Departamento de Cundinamarca proporcionado por la gobernación de Cundinamarca [48], fueron filtradas por la especie vegetativa más concurrente en el departamento, así mismo considerando factores de poder calorífico en la quema de la madera. Por la gran cantidad de especies vinculadas y la variación de condiciones y características propias de las mismas, se eligió una sola especie para realizar el estudio, ya que el análisis general sobrepasa los límites de investigación de este trabajo, la especie elegida, cumpliendo de la mejor manera las características ya nombradas es Weinmannia tomentosa (Encenillo).
La especie Weinmannia tomentosa, es un árbol de tamaño medio, con una altura máxima de 25 m y un diámetro máximo del tronco de 70 cm. Tiene hojas pequeñas, de 2 a 7 cm opuestas de color verde. Posee ramas rectas, delgadas y oscuras, que se dividen en los nudos. Las flores son pequeñas de 4 a 6 cm de color blanco–crema, al convertirse en fruto se tornan de color rojizo y al madurar toman un color caramelo. La silueta de la copa tiene forma de triángulo invertido. El color puede variar de verde blancuzco a rojizo. La corteza es rojiza con manchas verde–amarillentas. [20]
2.4.2. Bosques plantados:
Estos bosques han sido plantados o modificados por el hombre, por lo general se plantan especies con características específicas dependiendo su uso final, que crecen de forma rápida. En este tipo de bosques se encuentran una o dos especies plantadas por una gran área, y dentro de sus características se encuentran la simetría de la siembra, que permite conocer una zona regular plantada por las especies del bosque, visto desde imágenes satelitales esto facilita la caracterización de especies, en la figura 3 se puede observar un bosque de pinos cumpliendo con las propiedades mencionadas. [18]
20
Las especies seleccionadas para realizar el estudio de bosques plantados se encuentran delimitadas en unas pocas, porque las especies relevantes que cubren una gran cantidad de área y que son sobresalientes para el estudio son limitadas, dentro de las características de las especies resaltan factores como la humedad relativa, que no presentan gran variación entre los diferentes tipos de árboles. Por medio de la visualización satelital y la documentación registrada, se determina que las especies que presentan mayor ocupación en el departamento de Cundinamarca son las siguientes:
● Pino: Son árboles del género “podocarpus”, es un árbol de tamaño grande, con una altura máxima de 40 m y un diámetro máximo del tronco de 180 cm, esta es la familia de esta vegetación colombiana, conforman un grupo numeroso, con algo más de 100 especies registradas hasta la fecha. El género tiene una gran distribución a nivel mundial, puesto que se encuentran en Centroamérica, Suramérica y África. En Colombia los miembros de este género son fáciles de reconocer por sus hojas más grandes que las de los otros pinos nativos: cada hoja normalmente mide por lo menos 3 cm de longitud y algunas excepcionales llegan a alcanzar hasta 19 cm.[22]
● Eucalipto: Los eucaliptos son árboles perennes. Pueden llegar a medir más de 60 m de altura y un diámetro máximo de 550 cm, se puede hablar de ejemplares ya extintos que alcanzaron hasta los 150 metros. La corteza exterior del árbol es marrón clara con aspecto de piel y se desprende en tiras dejando manchas grises. Los bosques de eucaliptos pueden poseer problemas de incendios incontrolables debido a la gran altura que alcanzan estos tipos de árboles en un corto tiempo de crecimiento y a su fácil combustión. En bosques densos de eucaliptos, las llamas de un incendio pueden alcanzar más de 300 metros de altura.[23]
● Acacia: Son árboles de gran tamaño, con una altura máxima de 45 m y un diámetro máximo del tronco de 180 cm, al igual que otras especies del género plantados en los climas fríos de Colombia es una especie nativa de Australia. Al igual que muchas otras especies de plantas nativas del continente australiano, como los eucaliptos, casuarinas, jazmín del cabo, etc., la acacia negra es un árbol de rápido crecimiento, resistente a las podas y al maltrato, además es muy prolífica en su reproducción. Estas características las convierten en una planta potencialmente invasora, que puede ‘escaparse’ de los sitios donde es plantada y colonizar nuevas áreas, desplazando a la vegetación nativa.[24]
2.5.
Energía aprovechable de los bosques
21
Para obtener la energía aprovechable de cualquiera de los dos bosques es necesario conocer la biomasa estimada, para esto se utilizó información primaria recopilada en Institutos, Universidades y ONG’s sobre inventarios florísticos realizados en diferentes partes del país, con esta información se estimó la biomasa forestal por medio de la aplicación de metodologías propuestas.
La madera no se suele encontrar seca, sino que contiene un grado de humedad que puede variar entre 60% y 15%, este porcentaje depende del tiempo de secado al aire libre. La madera es un material poroso e higroscópico y, dada su estructura química, presenta dos tipos de porosidad, denominadas macroporosidads y la microporosidad.[26]
Para el análisis de la humedad en los bosques naturales es necesario realizar un estudio más riguroso en lo que corresponde al impacto de la humedad relativa del medio que sobre los bosques plantados. Para los bosques naturales es necesario conocerlas por municipios, de esta forma se puede obtener la misma por provincias, en el cuerpo del documento se exponen las razones. Dentro del estudio que conlleva analizar los bosques naturales, es necesario vincular metodologías de cálculo, dentro de estas se vinculan diferentes esquemas como lo son:
2.5.1. Sistema de zonas de vida Holdridge:
Es una clasificación de zonas de vida, según su comportamiento bioclimático. Las zonas de vida son una división mayor de la superficie terrestre, antecedente de los actuales biomas. Está basado en la vegetación y fisionomía, más no en la composición florística. Los factores a tener en cuenta son la precipitación y la biotemperatura, esto se detalla en la Anexo 1. [27]
Para determinar las zonas de vida se deben conocer datos básicos como la precipitación total anual, temperatura media anual y la altitud del área a evaluar; las zonas de vida definidas en el sistema de Holdridge están explicadas en la tabla 3
Denominación
1 Bosque Húmedo Premontano
2 Bosque Muy Húmedo Montano Bajo
3 Bosque Muy Húmedo Premontano
4 Bosque Seco Montano
5 Bosque Pluvial Tropical
Tabla 3. Clases de zonas de vida del sistema de Holdridge. [28]
2.5.2. Tabla de higroscopia:
22
2.6.
Marco Legal
Existen actualmente algunas leyes que tienen como objeto promover el desarrollo y la implementación en el sistema energético nacional de las fuentes renovables, mediante la integración de las mismas al mercado eléctrico, la participación en zonas no interconectadas y en otros usos energéticos como medio necesario para el desarrollo económico sostenible. La implementación de un marco legal para energías alternativas tiene como principal finalidad la disminución de los gases de efecto invernadero, según lo decreta la ley 1715 de mayo del 2014. [3]
Para realizar el primer estudio que se plantea en esta monografía, es necesario conocer el desarrollo sostenible del sector forestal colombiano en el marco del plan nacional de desarrollo forestal. A tal efecto las leyes establecen la organización administrativa necesaria del estado y regula las actividades relacionadas con los bosques naturales y las plantaciones forestales. [31] [32]
2.7.
Herramientas de cálculo
23
Capítulo 3
3.
Recolección e interpretación de la información
3.1.
Identificación de cobertura boscosa en el departamento de
Cundinamarca
En las últimas décadas el país se ha interesado por la identificación y cuantificación de las coberturas boscosas presentes en la nación, esto ha ocasionado que se desarrollen metodologías para conseguir información precisa de magnitud y localización del cubrimiento forestal que posee el estado. Al paso de los días se van generando nuevas tecnologías que permiten estudiar de forma más completa el comportamiento forestal con una estructura más simplificada. Dentro de las tecnologías modernas, el modelo más fuerte ha sido el de estudiar las coberturas boscosas por medio de imágenes geo especiales.
Para la cuantificación de poder calorífico y posterior cálculo de energía eléctrica aprovechable por medio de biomasa forestal en Cundinamarca, es de vital importancia acogerse a estudios base como los planteados por la Unidad Administrativa Especial Bosques de Cundinamarca, que realizó una publicación acerca de la cobertura boscosa sobre imágenes satélite, un estudio que permite conocer en primer lugar la extensión boscosa presente en la región.
La identificación espectral de la cobertura boscosa en el departamento de Cundinamarca en los periodos (2000 - 2003) y (2009 - 2010), es el producto de un proyecto denominado Estimación y Análisis de la Cobertura de Bosques en el Departamento de Cundinamarca Mediante la Interpretación de Imágenes de Sensores Remotos [45], que será base principal de la presente monografía, y mediante geo procesos dan producto a mapas de cobertura boscosa en Cundinamarca.
El estudio se presenta bajo las características de la leyenda nacional de coberturas de la tierra CORINE Land Cover [46], e ilustra mapas de clasificación providencial que representan la localización y magnitud de la cobertura boscosa existente, especificando que las imágenes presentadas no constituyen valores absolutos de la concentración de bosques debido a los porcentajes de nubosidad presentes al momento de la muestra.
El primer estudio hace parte de las imágenes obtenidas a partir del satélite Landsat en los años 2000 a 2003, que permitió por medio de patrones la diferenciación de los bosques con el resto de información presentes en las imágenes, a partir del tono, contraste y textura de los parches de zona forestal. El segundo estudio fue realizado por el Instituto Geográfico Agustín Codazzi con imágenes Rapideye, en los años 2009 y 2010, este último estudio representa mayor nivel de detalle que el primero, por la tecnología presente en el mismo. Por último se procedió a realizar la comparación de la información obtenida en los 2 estudios por medio del software informático ArcGIS, para realizar procesos de edición bajo la interpretación visual.
24
información original editable suministrada por la gobernación de Cundinamarca para el presente estudio en formato Shapefile, ha sido expuesta a recientes modificaciones con la finalidad de presentar la información más actualizada posible en tiempo real [48].
Figura 4. Mapa de la provincia de Medina de la identificación espectral de la cobertura boscosa en el departamento de Cundinamarca [47]
3.2.
Shapefile
El documento suministrado por la gobernación de Cundinamarca dio como referencia las pautas para desarrollar el trabajo propuesto, aunque el resultado del documento contemple otros parámetros y finalidades. La base se considera en el archivo Shapefile que contiene la información de la vegetación en el departamento, y a partir del registro que contiene usarlo como fundamento para el posterior análisis correspondiente. [48]
25
Figura 5. Mapa de cobertura boscosa en el departamento de Cundinamarca.
En la Figura 5 se puede identificar de manera resaltada la cobertura boscosa que cubre al departamento de Cundinamarca, además de visualizarse de la misma manera los otros tipos de coberturas que contiene el archivo. Es debido apreciarse la gran cantidad de área a analizar para posteriormente cuantificar los niveles de energía aprovechable.
26
Como se visualiza en la figura 6, se encuentra filtrada la cobertura boscosa plantada y la natural intervenida, y a partir de la demarcación de áreas se procede a analizar las zonas boscosas según sus características.
3.3.
Leyes de protección Forestal
El país en contribución con el medio ambiente y con la protección de especies forestales ha desarrollado en las últimas décadas normativas de conservación para los bosques, a partir de esto rige que grandes zonas forestales del país no pueden ser explotadas ni manipuladas de ninguna forma. Dos de los medios de conservación más defendidos son los páramos y los cuerpos de agua, estos contienen grandes zonas de bosques que son protegidos e intocables. En el desarrollo del trabajo se decidió abarcar un análisis contemplando las 2 opciones, se hizo necesario analizar las áreas de forestación plantadas con el filtro de áreas protegidas mientras que las áreas de forestación naturales no se contempla esta posibilidad.
En la figura 7 se puede visualizar el área de bosques plantados con la filtración de zonas protegidas, y a partir de ello es simple de notar la gran disminución de área a analizar, debido a que Cundinamarca posee grandes extensiones de terreno protegidas.
Figura 7. Mapa de cobertura boscosa plantada con filtración de áreas protegidas.
3.4.
Biomasa Forestal
27
con el terreno, clima, altitud, precipitación y demás características que podrían variar dependiendo la zona de ubicación. Para el respectivo análisis es necesario dividir el estudio en su tipo de vegetación boscosa.
3.4.1. Biomasa para Vegetación natural
Para el análisis de la biomasa forestal de especies naturales, fue necesario basarse en estudios que desarrollan su metodología por medio de la zona de vida de Holdridge [28], pues allí es necesario conocer cuáles son las características del área donde se encuentra ubicado el árbol, y así determinar su respuesta en términos de biomasa. El estudio adoptado para el conocimiento del comportamiento de la biomasa forestal en el departamento es Biomasa y crecimiento de especies forestales nativas [33], el cual es un manual que contiene información referente a las especies forestales naturales de Colombia.
El documento es una síntesis de una base de datos que contiene información de 458 registros, todos referentes a especies naturales de Colombia y que se acoge al modelo de la clasificación de zona de vida de Holdridge [28]. Es necesario mencionar que la información allí diligenciada contienen datos recientes acordes a muestras de datos obtenidas en tiempo real, además de brindar valores, realiza una estimación de crecimiento de biomasa y captura de carbono anuales para comprender el comportamiento del ecosistema.
Por medio de la recopilación de diferentes ecuaciones alométricas para el cálculo de biomasa se produce una estimación de la misma para determinadas zonas de vida, esta se relaciona dependiendo los tipos de bosques que dominan ciertas especies y que generan una influencia en el estudio, los elementos del cálculo son los siguientes:
● Bosque Húmedo Premontano
En este tipo de zona de vida se expone la siguiente información que representa el cálculo de biomasa forestal en Bosques Húmedos Premontano.
28 Tabla 4. Ecuaciones alométricas zona de vida Bosques Húmedos Premontano. A partir de las ecuaciones planteadas en la tabla 4, se procede a realizar un análisis de estimación de biomasa para esta zona de vida. El resultado de biomasa estimada es de 447,07 Ton/Ha [36]
● Bosque Muy Húmedo Montano Bajo
En este tipo de zona de vida se expone la siguiente información que representan el cálculo de biomasa forestal en Bosques Muy Húmedo Montano Bajo
Ecuación Fuente
Tabla 5. Ecuaciones alométricas zona de vida Bosques Muy Húmedo Montano Bajo. A partir de las ecuaciones planteadas en la tabla 5, se procede a realizar un análisis de estimación de biomasa para esta zona de vida. El resultado de biomasa estimada es de 120.26 Ton/Ha [37].
● Bosque Muy Húmedo Premontano
En este tipo de zona de vida se expone la siguiente información que representa el cálculo de biomasa forestal en Bosques Muy Húmedo Premontano.
29
𝑙𝑛(𝐴𝐵 − 𝑂𝑃) = 0.360 + 1.218 𝑙𝑛(𝐻) Sierra et al 2007 [39]
𝑙𝑛(𝐵𝐴) = −2.249 + 0.861 𝑙𝑛(𝐷2 ∗ 𝐿) Restrepo, 2003 [40]
𝑙𝑛(𝐴𝐵 − 𝐿) = 0.028 + 1.841 𝑙𝑛 (𝐷) Sierra et al 2007 [39]
𝑙𝑛(𝐶𝑅𝐵) = −4.394 + 2.693 𝑙𝑛 (𝐷) Sierra et al 2007 [39] Tabla 6. Ecuaciones alométricas zona de vida Bosques Muy Húmedo Premontano. A partir de las ecuaciones planteadas en la tabla 6, se procede a realizar un análisis de estimación de biomasa para esta zona de vida. El resultado de biomasa estimada es de 172.4 Ton/Ha [38].
● Bosque Seco Montano
En este tipo de zona de vida se expone la siguiente información que representa el cálculo de biomasa forestal en Bosques Seco Montano.
Ecuación Fuente
𝐵 = 0.190024 ∗ (𝐷𝐴𝑃 2.20292) Pérez, López & Díaz [37] Tabla 7. Ecuaciones alométricas zona de vida Bosques Seco Montano.
A partir de las ecuaciones planteadas en la tabla 7, se procede a realizar un análisis de estimación de biomasa para esta zona de vida. El resultado de biomasa estimada es de 130.46 Ton/Ha [37].
● Bosque Pluvial Tropical
En este tipo de zona de vida se expone la siguiente información que representa el cálculo de biomasa forestal en Bosques Pluvial Tropical.
Ecuación Fuente Tabla 8. Ecuaciones alométricas zona de vida Bosques Pluvial Tropical.
A partir de las ecuaciones planteadas en la tabla 8, se procede a realizar un análisis de estimación de biomasa para esta zona de vida. El resultado de biomasa estimada es de 216.8 Ton/Ha [41].
3.4.2. Biomasa para Vegetación Plantada
30
características al tipo de terreno donde se encuentre no se considera relevante, ya que por fisiología del mismo árbol tiende a permanecer con sus características propias sin permitir afectarse considerablemente del medio, de allí la razón porque se producen tantas plantaciones de árboles y su desarrollo comercial al respecto.
Para determinar la biomasa forestal plantada en el departamento de Cundinamarca es necesario referenciarse a un estudio realizado, el cual sustente de manera concreta la estimación de biomasa aprovechable en la zona a evaluar. El documento abordado se denomina Modelos De Regresión No Lineal Para La Estimación De Biomasa En Algunos Ecosistemas Boscosos De Colombia [42], que desarrolla modelos de regresión no lineales que permiten estimar de manera preliminar la biomasa boscosa para las 5 regiones biogeográficas del país, a partir de métodos que utilizan datos como diámetro a la altura de pecho (DAP), área basal y volumen. Los cálculos de biomasa se hicieron con la metodología Brown, S. et al. (1997) [43], que expresa lo siguiente.
𝐵 = 𝑉𝑂𝐵 ∗ 𝐷𝐵 ∗ 𝐹𝐸𝐵
Donde se conoce que B es biomasa en Ton/Ha, VOB es volumen por hectárea en M^3/Ha, DB es densidad básica de la madera. (G/Cm) y FEB factor de expansión de biomasa. De allí se encuentra un buen ajuste de la biomasa estimada y los resultados incluyen datos por región.
Región Biomasa promedio (Ton/Ha)
Andina 191.592
Atlántica 109.437
Orinoquía 89.022
Pacifica 203.704
Tabla 9. Valores de biomasa (Ton/Ha) de plantaciones por regiones.
Para el departamento de Cundinamarca el valor de biomasa estimada por el presente método corresponde a los datos registrados en la región andina, pues esta región acoge al departamento en su totalidad y por consiguiente será el valor registrado para posteriores cálculos y análisis.
3.5.
Poder calorífico
Para el cálculo de poder calorífico de las especies forestales que habitan en el departamento de Cundinamarca, no es necesario generar una diferenciación de género como se realiza para el cálculo de la biomasa forestal, puesto que por los datos obtenidos en el proceso de cálculo de biomasa ya discrepa las características físicas del árbol, y en lo correspondiente a la quema y aprovechamiento energético se realiza de la misma manera.
31
3.5.1. Contenido de humedad
Un término fundamental, que afecta directamente el aprovechamiento energético que se le puede realizar a un árbol es el contenido de humedad de la madera, debido a que la madera no suele encontrarse totalmente seca, sino que posee un grado de humedad, que varía de la zona donde habita el árbol y el tiempo de secado al que haya sido expuesto . La madera se considera un material poroso e higroscópico, y debido a su estructura química presenta dos tipos de humedad:
● La Macroporosidad se crea por las cavidades de los vasos conductores y por células parenquimatosas.
● La Microporosidad, es directamente la sustancia leñosa compuesta por celulosa, hemicelulosa y lignina.
La madera comienza a disminuir su contenido de humedad desde el momento de la tala del árbol y en cierto punto toda el agua libre de la madera se evapora, mientras que el agua de saturación llega a encontrarse en un punto de equilibrio con la humedad del exterior.
Las expresiones que relacionan directamente el contenido de humedad de la madera se denomina humedad en seco y humedad en bruto, donde el primer término expresa la masa de agua presente en relación con la masa de la madera verde, y el segundo término expresa las mismas características diferenciándose que es la medida utilizada en la comercialización de combustibles de madera.
3.5.2. Variación de volumen del tronco
Durante el proceso de secado del tronco y demás material aprovechable del árbol, no se produce contracción del volumen del tronco en el momento en que el árbol solo ha perdido el agua libre, hasta el instante en que el árbol comienza a perder agua ligada o de saturación, en ese instante es posible que se presente una contracción de volumen que puede variar dependiendo de la especie de la madera, aunque pueden existir casos en que el agua de saturación aumente y en ese instante la madera puede llegar a hincharse, todo esto es dependiente del terreno donde se encuentre.
3.5.3. Poder calorífico inferior y superior
32
liberada se gasta en la evaporación del agua, y por consiguiente se produce una diferenciación de la misma, que se distingue de la siguiente forma:
● El poder calorífico inferior (PCI) trata el agua liberada como vapor y se resta de la energía térmica para vaporizar el agua
● El poder calorífico superior (PCS) trata el agua de los productos de combustión como líquido
Siempre que se denomina poder calorífico, refiere al término poder calorífico inferior.
3.5.4. Calculo de poder calorífico
Para el cálculo de poder calorífico de las especies forestales, bajo determinado contenido de humedad, se utiliza la metodología presentada en el Manual De Combustibles De Madera [44], que expresa la siguiente fórmula de cálculo
𝑃𝐶𝐼_𝐻 =(𝑃𝐶𝐼_0 ∗ (100 − 𝑀) − 2,44 ∗ 𝑀) 100
Símbolo Definición
𝑃𝐶𝐼ℎ Poder calorífico inferior en términos de la
humedad de la madera
𝑃𝐶𝐼0 Poder calorífico inferior inicial en función
de la madera seca y húmeda
𝑀 Contenido de humedad de la madera
Tabla 10. Definición de valores fórmula de cálculo de poder calorífico.
33
Capítulo 4
4.
Casos de estudio
Para efectuar el cálculo del poder energético de la biomasa forestal en el departamento de Cundinamarca, es necesario analizar la temática en tres estudios empleando la información suministrada por la Gobernación de Cundinamarca, considerando lo citado por la ley 1021 de 2006 y complementando con las referencias expuestas, con el fin de identificar y clasificar las especies forestales aprovechables que se encuentran en el departamento.
4.1.
Caso de estudio 1: Bosques Plantados
Para el desarrollo de este estudio se consideran las restricciones aplicadas en la determinación de la vegetación plantada aprovechable, fundamentalmente la filtración de áreas protegidas, que solamente se vinculan en el caso de estudio de bosques plantados .La simbología es denominada pex, debido a la discriminación de los bosques naturales y protegidos, lo cual indica que la vegetación que contiene este polígono es plantada exótica, pero no es la única denominación que se encuentra expresada, el significado de la simbología adicional es la vegetación plantada exótica mezclada con bosques naturales o con vegetación arbustiva, de igual forma estos polígonos son tenidos en cuenta para el desarrollo del estudio, esta información se observa gráficamente en la Figura 8.
Para ejecutar con éxito el estudio es necesario realizar el análisis por provincia, a continuación se expone el estudio para la provincia de Ubaté, ya que este procedimiento se hace iterativo para cada una de las mismas.
34
El proceso ejecutado anteriormente, no solo se desarrolla con la finalidad de discriminar especies vegetativas que no son aprovechables para este estudio, sino también se realiza para identificar el área de la vegetación aprovechable en hectáreas, por medio de la herramienta de ArcGIS.
𝐴𝑟𝑒𝑎 = 14328,77203 𝐻𝑎
Es de vital importancia conocer la humedad de la madera de las especies de la zona a evaluar con las que se desea realizar el estudio, como se ha mencionado en capítulos anteriores las especies de los bosques plantados que predominan en el departamento de Cundinamarca son Pino, Eucalipto y Acacia; el contenido de humedad de estas tres especies es obtenido mediante el trabajo de grado Determinación del Poder Calorífico de Algunas Maderas de las Zonas Andinas, Subandinas y Tropical de Colombia [44].
Madera Humedad CH %
Tabla 11. Poder calorífico superior en función del contenido de humedad. [44] Como se visualiza en la tabla 11 el valor de la humedad de la madera varía de 31.2% a 33%, por lo cual para efectos de cálculo se promedia este valor a M=32,5%
Determinado el nivel de humedad, se procede a reemplazar valores en la fórmula de cálculo de poder calorífico [45].
35
Figura 9. Poder calorífico inferior (PCI) en función de la humedad (H). [45]
Conociendo el valor del poder calorífico forestal para árboles plantados, se hace necesario conocer la biomasa promedio, que equivale a 191,592 (Ton/ha).Con el valor estimado de biomasa en (Ton/ha), se procede a determinar el dato de biomasa para el área que cubre la provincia de Ubaté.
𝑇𝑜𝑛𝑒𝑙𝑎𝑑𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑏𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 = 191,592 (𝑇𝑜𝑛/ℎ𝑎) ∗ 14328,77203 ℎ𝑎 = 2745278,09 𝑇𝑛
Es necesario expresar el resultado de poder calorífico en toneladas para posteriormente poder operar.
𝑃𝐶𝐼_𝐻 = 12,032 𝑀𝑗/𝑘𝑔 = 12032 𝑀𝑗/𝑇𝑛
La energía eléctrica que Ubaté podría generar por medio de bosques plantados es:
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 12032 𝑀𝑗/𝑇𝑛 (2745278,09 𝑇𝑛) = 33031185988 𝑀𝑗
Expresando este valor en unidades eléctricas se obtiene:
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 9175,329441 𝐺𝑊𝐻
A partir del conocimiento general del aprovechamiento total de energía en la provincia de Ubaté, se procede a expresar estos valores en el documento Shapefile, esta información se encuentra registrada en el Anexo 3.
36
Figura 10. Rango de energía eléctrica para vegetación plantada.
Después de realizar el estudio, se presenta el resultado de aprovechamiento energético de la provincia evaluada en un mapa, se observa que debido al rango del poder energético, el color de las áreas cambia debido al potencial energético que cada zona es capaz de generar.
Figura 11. Energía eléctrica por medio de biomasa forestal en la provincia de Ubaté. Como se expresó inicialmente este proceso es iterativo, en la Tabla 12 se expresan los niveles de energía para todas las provincias del departamento.
PROVINCIA ENERGÍA (GWH) ENERGÍA (%)
Bajo Magdalena 53,82 0,15
Gualivá 79,37 0,22
Magdalena Centro 136,76 0,39
Medina 224,24 0,63
Soacha 475,50 1,34
Tequendama 509,73 1,44
37
Oriente 667,68 1,88
Sabana Occidente 1158,97 3,26
Guavio 2432,99 6,85
Rionegro 2876,26 8,10
Bogotá 3283,31 9,24
Sabana Centro 5790,51 16,30
Almeidas 8058,98 22,69
Ubaté 9175,33 25,83
Total energía pex 35519,62 100,00
Tabla 12. Poder energético de vegetación plantada para el departamento de Cundinamarca.
4.2.
Caso de estudio 2: Bosques Naturales Weinmannia Tomentosa
En el segundo caso de estudio se realiza el análisis de energía aprovechable en el departamento de Cundinamarca para especies naturales, para el desarrollo del mismo se vincula la información de una sola especie natural, debido a la gran dimensión de información que llevaría a analizar todas las especies naturales presentes en el departamento, y que no daría espacio al desarrollo de este trabajo.
La especie elegida para realizar el análisis y posterior cálculo de energía es conocida con nombre científico de “Weinmannia tomentosa” o con nombre convencional de “Encenillo”. Se elige esta especie debido a que posee mayor cobertura en el departamento, según lo demuestra el Shapefile original suministrado, lo cual permite analizar el tipo de árbol predominante. Además, la especie posee propiedades físicas que dan como resultado buenos niveles en la quema de la madera para evaluar poder calorífico y posteriormente aprovechamiento energético.
Para ejecutar con éxito el estudio es necesario realizar el análisis por provincias, a continuación se expone el estudio para la provincia de Sumapaz, ya que el procedimiento se hace iterativo para cada una de las mismas.
38
En la figura 12, se puede visualizar la vegetación aprovechable para la especie Weinmannia tomentosa en la provincia de Sumapaz, a partir de la identificación y conocimiento de la misma, se describe que el área de forestación vinculada a la provincia de Sumapaz es:
Á𝑟𝑒𝑎 = 10089 𝐻𝑎
A partir del conocimiento del área de la especie a trabajar, el desarrollo continúa en la determinación de la biomasa existente en la zona forestal respectiva. Para el cálculo de la biomasa se toma como base la información presente en el texto Biomasa y crecimiento de especies forestales nativas [33], el cual expresa el valor de la biomasa estimada según la zona de vida de Holdridge [28], y aplica la metodología de cálculo siguiendo la Leyenda nacional de cobertura de la tierra CORIN LAND COVER. [46].
Para conocer la zona de vida estimada a la cual pertenece la provincia de Sumapaz, es
Tabla 13. Información de la provincia de Sumapaz.
A través de la información consignada en la Tabla 13, con los valores de la precipitación y la temperatura, se procede a analizar en el Triángulo de Holdridge [28] la zona de vida a la cual se estima la provincia de Sumapaz, el resultado arroja a que pertenece a Bosque Húmedo Premontano y por consiguiente el valor de biomasa para la zona es de 447.07 Ton/Ha aproximadamente. [36]
El siguiente paso corresponde al cálculo de la humedad de la madera, para poder conocer este valor es necesario utilizar las variables calculadas de humedad relativa y temperatura de la zona, expuestos en la Tabla 13. Por medio del uso de la información registrada en la Tabla de Higroscopia [30], se calcula que el valor de humedad de la madera para la provincia de Sumapaz es de 16.6%.
Con las variables conocidas, ya es posible realizar el cálculo de poder calorífico para la provincia de Sumapaz, aplicando la siguiente fórmula [45]:
39
𝑃𝐶𝐼ℎ =(19 𝑀𝐽/𝐾𝑔 ∗ (100 − 16.6) − 2.44 ∗ 16.6) 100
𝑃𝐶𝐼ℎ = 15.44 𝑀𝐽/𝐾𝑔
A continuación se presenta una gráfica que expresa el comportamiento del valor anteriormente calculado.
Figura 13. Gráfica de cálculo poder calorífico en términos de la humedad de la madera. Con el resultado de poder calorífico en la provincia de Sumapaz, es necesario conocer el valor de toneladas de biomasa:
𝑇𝑜𝑛𝑒𝑙𝑎𝑑𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎: (447.07 𝑇𝑛/𝐻𝑎) ∗ (10089 𝐻𝑎) = 4510277 𝑇𝑛
Y es necesario expresar el resultado de poder calorífico en toneladas para posteriormente poder operar.
𝑃𝐶𝐼ℎ = 15440 𝑀𝐽/𝑇𝑛
Así mismo se operan los dos anteriores valores para conocer el aprovechamiento energético forestal natural que se puede hacer en la provincia de Sumapaz para la especie Weinmannia tomentosa.
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 = ( 4510277 𝑇𝑛) ∗ (15440 𝑀𝐽/𝑇𝑛) = 69643017191 𝑀𝐽
Expresando el valor de energía en unidades eléctricas
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 19345 𝐺𝑊𝐻
Conociendo el aprovechamiento total de energía en la provincia de Sumapaz, se procede a expresar estos valores en el documento Shapefile, que se encuentra en el Anexo 4.
40
Figura 14. Rangos de energía eléctrica.
Figura 15. Mapa de aprovechamiento energético forestal natural para la provincia de Sumapaz de la especie Weinmannia tomentosa
A continuación se presenta la información general de aprovechamiento energético forestal natural de la especie Weinmannia tomentosa para el departamento de Cundinamarca
PROVINCIA
ENERGÍA (GWH)
ENERGÍA (%)Soacha 94,77 0,18
Rionegro 121,99 0,23
41
Tabla 14. Poder energético de vegetación natural de la especie Weinmannia tomentosa para el departamento de Cundinamarca.
4.3.
Caso de estudio 3: Bosques Naturales Total
En el tercer caso de estudio se realiza el análisis de energía aprovechable en el departamento de Cundinamarca para especies naturales en su totalidad, y para el desarrollo del mismo se vincula la información de una sola especie natural, pero tomando toda la dimensión forestal natural existente como si tuviese el comportamiento de la especie Weinmannia Tomentosa, debido a la gran dimensión de información que llevaría analizar todas las especies naturales presentes en el departamento, que no daría capacidad al desarrollo del presente trabajo, por consiguiente se realiza este estudio que estimada de una u otra forma un valor aproximado de energía forestal natural total aprovechable en el departamento
El proceso de cálculo y procedimiento es el mismo al del segundo estudio, pero variando los datos de áreas. Para completar el presente estudio se realizará el mismo procedimiento al del segundo caso pero modificando la provincia a estudiar, para evidenciar el comportamiento de los bosques naturales en los diferentes zonas del departamento.
42
Figura 16. Vegetación natural aprovechable total en la provincia de Alto Magdalena. En la Figura 16, se evidencia la vegetación aprovechable total para municipio de Provincia de Alto Magdalena, a partir de la identificación y conocimiento de la misma, se describe que el área vinculada a la provincia de Alto Magdalena es:
𝐴𝑟𝑒𝑎 = 40353 𝐻𝑎
A partir del conocimiento del área de la especie a trabajar, el desarrollo continúa en la determinación de la biomasa existente en la zona forestal respectiva. Para el cálculo de la biomasa se toma como base la información presente en el texto Biomasa y crecimiento de especies forestales nativas [33], el cual expresa el valor de la biomasa estimada según la zona de vida de Holdridge [28], y aplica la metodología de cálculo siguiendo la Leyenda nacional de cobertura de la tierra CORIN LAND COVER. [46].
Para conocer la zona de vida estimada a la cual pertenece la provincia de Alto Magdalena, es necesario conocer información puntual de los municipios que la habitan, y se produce la
43
A través de la información consignada en la Tabla 15, con los valores de la precipitación y la temperatura, se procede a analizar en el Triángulo de Holdridge [28] la zona de vida a la cual se estima la provincia de Alto Magdalena, el resultado arroja a que pertenece a Bosque Pluvial Tropical y por consiguiente el valor de biomasa para la zona es de 216.8 Ton/Ha aproximadamente. [41]
El siguiente paso corresponde al cálculo de la humedad de la madera, para poder conocer este valor es necesario utilizar las variables calculadas de humedad relativa del ambiente y temperatura de la zona, expuestos en la Tabla 15. Por medio de la utilización de la Tabla de Higroscopia [30], se calcula que el valor de humedad de la madera para la provincia de Alto Magdalena es de 12.5%.
Con las variables conocidas, ya es posible realizar el cálculo de poder calorífico para la provincia de Alto Magdalena, aplicando la siguiente fórmula [44]:
𝑃𝐶𝐼ℎ =(𝑃𝐶𝐼0 ∗ (100 − 𝑀) − 2.44 ∗ 𝑀) 100
𝑃𝐶𝐼ℎ =(19 𝑀𝐽/𝐾𝑔 ∗ (100 − 12.5) − 2.44 ∗ 12.5) 100
𝑃𝐶𝐼ℎ = 16.32 𝑀𝐽/𝐾𝑔
A continuación se presenta una gráfica que expresa el comportamiento del valor anteriormente calculado.
Figura 17. Gráfica de cálculo poder calorífico en términos de la humedad de la madera para estudio de bosques naturales total.
Con el resultado de poder calorífico en la provincia de Alto Magdalena, es necesario conocer el valor de toneladas de biomasa:
44
Y es necesario expresar el resultado de poder calorífico en toneladas para posteriormente poder operar.
𝑃𝐶𝐼ℎ = 16320 𝑀𝐽/𝑇𝑛
Así mismo se operan los dos anteriores valores para conocer el aprovechamiento energético forestal natural total que se puede hacer en la provincia de Alto Magdalena
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 = ( 8748523 𝑇𝑛) ∗ (16320 𝑀𝐽/𝑇𝑛) = 142775901278 𝑀𝐽
Expresando el valor de energía en unidades eléctricas
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 39659 𝐺𝑊𝐻
A partir del conocimiento general del aprovechamiento total de energía en la provincia de Alto Magdalena, se procede a expresar estos valores en el documento Shapefile, que se encuentran registrado en el Anexo 5.
A continuación se presenta los rangos de aprovechamiento energético que se expresan en el mapa correspondiente de la provincia de Alto Magdalena.
45
Figura 19. Mapa de aprovechamiento energético forestal natural total para la provincia de Alto Magdalena.
A continuación se presenta la información general de aprovechamiento energético forestal natural total para el departamento de Cundinamarca
Provincia Energía (GWH) Energía (%)
Soacha 583,33 0,14
Sabana occidente 3.686,42 0,86
Ubaté 3.737,22 0,87
Sabana centro 3.861,82 0,90
Bogotá 5.569,50 1,29
Almeidas 7.394,05 1,71
Bajo magdalena 11.873,27 2,75
Oriente 24.821,08 5,76
Guavio 31.012,13 7,19
Rionegro 33.315,39 7,73
Gualivá 37.494,68 8,70
Alto Magdalena 39.659,97 9,20
Medina 46.602,64 10,81
Tequendama 48.876,35 11,34
Magdalena centro 52.456,66 12,17
Sumapaz 80.215,54 18,60
Total 431.160,02 100,00
46
Capítulo 5
5.
Análisis de Resultados y Discusión.
A partir de los datos obtenidos en el capítulo 4, en el que se aplicó la metodología al caso de estudio correspondiente, se procede a analizar los resultados obtenidos, para la vegetación natural y la vegetación plantada. A continuación se plantean una serie de gráficas y barras que expresan la información calculada en el capítulo anterior para analizar su comportamiento y describir de manera concreta los valores aprovechables de medio forestal para el departamento de Cundinamarca.
Adicionalmente se procede a realizar una comparación con los diferentes medios de generación de energía eléctrica que más representación tienen en el país, para determinar la viabilidad del uso de los recursos forestales como medio de generación.
5.1.
Caso 1: Bosques Plantados
A través de la metodología de cálculo especificada en el capítulo 4 para bosques plantados, se procede a realizar el análisis de la información obtenida por este medio y expresarlo de manera más condensada que permita visualizar y comparar valores entre diferentes provincias y así mismo estimar las zonas de la región donde podría existir mayor aprovechamiento.
47
Por medio del diagrama expresado en la Figura 20, se evidencia el porcentaje de aprovechamiento forestal plantado disponible por cada provincia, de allí es fácil identificar las zonas de mayor influencia para el estudio, en lo correspondiente a vegetación plantada se determina que las provincias de mayor influencia para este caso de estudio son Ubaté, Almeidas y Sabana Centro. Por otro lado las de menor contribución son Bajo Magdalena, Magdalena Centro y Gualivá.
A continuación se presenta en la figura 21, una gráfica de barras que permite conocer los valores de energía aprovechable por las provincias del departamento de Cundinamarca, y adicionalmente concede una comparación de los mismos.
Figura 21. Gráfica de barras del potencial energético forestal plantado para el departamento de Cundinamarca.
5.2.
Caso de estudio 2: Bosques Naturales Weinmannia Tomentosa
48
Figura 22. Diagrama de potencial energético forestal natural de la especie Weinmannia Tomentosa para el departamento de Cundinamarca.
Por medio del diagrama expresado en la Figura 22, se evidencia el porcentaje de aprovechamiento forestal natural de la especie Weinmannia Tomentosa disponible por cada provincia, de allí es fácil identificar las zonas de mayor influencia para el estudio, en lo correspondiente a vegetación natural para una especie se determina que las provincias de mayor influencia para este caso de estudio son Sumapaz, Guavio y Oriente. Por otro lado las de menor contribución son Rionegro, Soacha y las Sabanas
49
Figura 23. Gráfica de barras del potencial energético forestal plantado para el departamento de Cundinamarca.
5.3.
Caso de estudio 3: Bosques Naturales Total
50
Figura 24. Diagrama de potencial energético forestal natural Total para el departamento de Cundinamarca.
Por medio del diagrama expresado en la Figura 24, se evidencia el porcentaje de aprovechamiento forestal natural Total disponible por cada provincia, de allí es fácil identificar las zonas de mayor influencia para el estudio, en lo correspondiente a vegetación natural Total se determina que las provincias de mayor influencia para este caso de estudio son Sumapaz, Magdalena Centro, Tequendama y Medina. Por otro lado las de menor contribución son Soacha, Bogotá y las Sábanas
51
Figura 25. Gráfica de barras del potencial energético forestal natural Total para el departamento de Cundinamarca.
5.4.
Poder energético total
52
Figura 26. Diagrama de potencial energético forestal Total para los tres casos de estudio. Por medio del diagrama expresado en la Figura 26, se evidencia el porcentaje de aprovechamiento forestal Total disponible por cada caso de estudio, de allí es fácil identificar el estudio con mayor influencia, en lo correspondiente a vegetación Total se determina que el caso de estudio con mayor poder energético es el de vegetación natural, seguido por el poder energético proveniente de la vegetación de Weinmannia tomentosa y por ultimo está la de los bosques plantados. Evidentemente se obtiene ese resultado conociendo que el tercer estudio no presenta filtraciones por áreas protegidas y abarca toda el área forestal natural del departamento.
